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二、多点成形的概念
2.1 基本原理
多点成形是一种板材三维曲面柔性成形的新技术，其基本原理是由一 系列规则排列的基本体点阵代替整体式冲压模具, 通过计算机控制来调整 基本体单元高度形成所需要的成型面, 实现板料的无模、快速、柔性化成 形，如图1所示。
图1 多点成形的基本体
2019/2/25
多点成形可分为多点模具、多点压机、半多点模具及半多点压机等4种有代 表性的成形方式，其中多点模具与多点压机成形是最基本的成形方式。 多点模具成形时首先按所要成形的零件的几何形状,调整各基本体的位置坐标 ，构造出多点成形面,然后按这一固定的多点模具形状成形板材；成形面在板材成 形过程中保持不变,各基本体之间无相对运动,如图2a所示。 多点压机成形是通过实时控制各基本体的运动,形成随时变化的瞬时成形 面。因其成形面不断变化,在成形过程中,各基本体之间存在相对运动。在这 种成形方式中,从成形开始到成形结束, 上、下所有基本体始终与板材接触, 夹持板材进行成形,如图2b 所示。这种成形方式能实现板材的最优变形路径 成形,消除成形缺陷,提高板材的成形能力。这是一种理想的板材成形方法,但 要实现这种成形方式,压力机必须具有实时精确控制各基本体运动的功能。
多点成形研究进展
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多点成形的研究背景
多点成形的概念 多点成形的几种成形工艺 多点成形技术应用实例 多点成形缺陷分析及消除方法 多点成形技术的发展趋势
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一、多点成形的研究背景
随着我国制造业的飞速发展，需要不断研发新型产品，提高更新 换代速度，因此，对三维曲面件的需求会越来越大。特别是在航空航天 、船舶舰艇、各种车辆及建筑雕塑等许多军用与民用制造领域，都需要 使用大量的各种材质的三维曲面板类件。传统的三维曲面件成形方法通 常要采用模具成形或手工制造方式来实现，但模具成形不仅制造费用昂 贵、加工周期长，而且不利于产品的更新换代、制约着制造业的快速发 展；而手工成形又存在质量差、效率低、劳动强度大等缺点。传统的三 维曲面件成形方法已无法满足现代制造业高速发展的要求。因此，多点 成形技术成为热门研究课题，是现代制造领域的重要发展方向。 多点成形技术是基于“离散”思想，将柔性制造技术和计算机控制 技术合为一体的先进制造技术。该技术利用多点成形装备的柔性与数字 化制造特点, 无需换模就可实现不同曲面的成形, 从而实现无模、快速 、低成本生产。由于成形模具的可重构性, 多点成形具有显著的技术优 势：对于大批量生产, 这种方法仍与模具成形具有完全相同的生产节拍 与成形效率，但却节省了大量的模具制造、调试等的时间与费用；对于 多品种、小批量生产, 这一技术能取代手工成形等落后的的多点成形方式 a. 多点模具成形 b. 多点压机成形
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2.2多点成形系统的构成
一个基本的多点成形系统由三大部分组成，即CAD/ CAM软件、计 算机控制系统及多点成形主机(如图3)。CAD软件系统根据成形件的目 标形状进行几何造型、成形工艺计算等,将数据文件传给控制系统,控 制系统根据这些数据控制压力机的调整机构,构造基本体群成形面,然 后控制加载机构成形出所需的零件产品。
3.3 反复成形工艺
回弹是板材冲压成形中不可避免的现象，它是在板料成形卸载过程中发 生的现象，板材在外载荷作用下发生变形,其变形由塑性变形及弹性变形两部 分组成。当外载荷卸除后,塑性变形部分保留下来,而弹性变形部分则恢复。 这样在卸载过程中,成形件的形状和尺寸都将发生与加载过程中变形方向相反 的变化,这就是板材产生弹性回复的原因。在多点成形中,可采用反复成形的方 法减小回弹并降低残余应力。 反复成形的过程如图7所示，首先使变形超过目标形状, 然后反向变形并 超过目标形状,再正向变形；以目标形状为中心循环反复成形,直至收敛于目 标形状。
图3 多点成形系统构成
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三、多点成形的几种成形工艺
3.1 一次成形工艺
一次多点成形工艺与传统的整体模具冲压成形类似,根据零件的几何形状并考虑 材料的回弹等因素设计出成形面,在成形前调整各基本体的位置,按调整后基本体群 成形面一次完成零件成形。
3.1.1 中、厚板成形
对于中、厚度变形不太剧烈的曲面零件,可直接进行多点成形,不需要压边。如 果板材坯料计算准确,这种成形方法的材料利用率最高,且可省去后续的切边工序。
3.1.2 薄板成形
压痕与起皱是多点成形中最典型的成形缺陷。采用弹性垫技术，压痕缺陷可以 得到有效控制；起皱缺陷则是薄板曲面件多点成形中的关键技术问题。起皱产生于 板材塑性失稳,当局部切向压应力较大,而板面又没有足够约束时,由于面外变形所 需能量小,板材的变形路径向面外分叉,由面内变形转为面外变形,出现皱曲。在传 统板材成形中,通过采用压边圈与拉延筋,改变板材的受力状态与约束状态，从而消 除起皱。在多点成形中,也需采用压边技术抑制起皱的产生,实现板材的拉深成形。 图4为薄板多点成形示意图,其压边装置由数十个液压缸分别控制,而且压边型面柔 性可变。 2019/2/25
图5
多点分段成形示意图
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采用多点分段成形技术目前已成形出超过设备成形面积数倍甚至数十倍 的样件。在成形尺寸为140mm×140mm的小设备上成形出宽度为280mm, 长度 超过3m的零件。图6给出了扭曲面分段成形样件,其总扭曲角超过400%。
图6 分段多点成形的扭曲面样件
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图4 带有柔性压边装置的薄板多点成形
薄板件多点成形时不仅需要设计基本体群成形面,还需要正确设 计压边型面并选择压边力。
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3.2 分段成形工艺
分段成形通过改变基本体群成形面的形状,逐段、分区域地对板材连续 成形,从而实现小设备成形大尺寸、大变形量的零件。在这种成形方式中, 板材分成4个区:已成形区、成形区、过渡成形区及未成形区(如图5)。这几 个区域在成形过程中是相互影响的,过渡区成形面的几何形状对分段成形结 果影响最大,过渡区设计是分段成形最关键的技术问题。
